Фоторезисторы
В фоторезисторах используется явление изменения сопротивления вещества под действием инфракрасного, видимого или ультрафиолетового излучения. Основной элемент фоторезистора — полупроводниковая пластина, сопротивление которой при освещении изменяется. Механизм возникновения фотопроводимости можно объяснить следующим образом. В затемненном полупроводнике в результате воздействия тепловой энергии образуется небольшое количество подвижных носителей заряда (электронов и дырок). Соответственно полупроводник будет обладать начальной проводимостью ст0, которая носит название темновой
Ст0=9(«о Н„+РоИ„)> ([3]-4°)
Где £/ — заряд электрона; и0, Ро — концентрация подвижных носителей заряда в полупроводнике в равновесном состоянии; р„ — подвижность дырок и электронов соответственно.
Под действием света концентрация подвижных носителей заряда увеличивается, причем возможны различные механизмы их генерации. Возрастание концентрации дырок и электронов может происходить за счет того, что кванты электромагнитного излучения возбуждают электроны и переводят их из валентной зоны в зону проводимости.
Когда электроны из валентной зоны переводятся на примесные уровни, происходит увеличение лишь дырочной электропроводности. И наконец, увеличение электропроводности наблюдается, когда электроны забрасываются с примесных уровней в зону проводимости.
Таким образом, в полупроводнике при облучении светом концентрация подвижных носителей заряда увеличивается тем или иным путем на величину Ап и Др, и проводимость его резко возрастает:
(6.41)
Изменение электропроводности полупроводника под действием света и есть его фотопроводимость
(6.42)
Меняя яркость освещения, изменяют фотопроводимость полупроводника.
При включении потока облучающего света интенсивность процесса генерации носителей заряда не сразу достигает стационарного значения, соответствующего интенсивности падающего света, а нарастает со временем по экспоненциальному закону
(6.43)
Где N — число фотонов, падающих в секунду на единицу площади; а — коэффициент поглощения, характеризующий энергию, поглощенную полупроводником; р -— квантовый выход, определяющий число носителей заряда, образующихся при поглощении одного фотона; т — время жизни неравновесных носителей заряда.
Если время облучения достаточно велико: /> (3-5)1, то концентрация неравновесных носителей заряда достигает своего стационарного значения, причем, когда электроны и дырки образуются парами при переходе электронов из валентной зоны в зону проводимости (собственное поглощение энергии полупроводником), то число неравновесных дырок будет равно числу неравновесных электронов
Ди = Др = а • Р • т • ТУ. (6.44)
При примесном поглощении, когда генерируются в основном носители заряда одного знака, будет иметь место или электронная, или дырочная фотопроводимость, причем в переходных режимах она также изменяется по экспоненциальному закону:
(6.45) |
Ди(/) = Ди е
Явление постепенного изменения СТф при включении и выключении облучающего потока называют релаксацией фотопроводимости.
Конструктивно фоторезистор представляет собой пластину полупроводника, на поверхности которой нанесены электропроводные электроды Э. Принципиально возможны две конструкции фоторезисторов: поперечная (рис. 6.21, а) и продольная (рис. 6.21, б).
В первом случае электрическое поле, прикладываемое к фоторезистору, и возбуждающий свет действуют во взаимно перпендикулярных плоскостях, во втором — в одной плоскости. Очевидно, что в продольном фоторезисторе возбуждение осуществляется через электрод, прозрачный для этого излучения. Поперечный фоторезистор представляет собой почти омическое сопротивление до частот порядка десятков и сотен мегагерц. Продольный фоторезистор из-за конструктивных особенностей имеет значительную геометрическую емкость, которая не позволяет считать фоторезистор чисто омическим сопротивлением на частотах уже в сотни — тысячи герц.
В качестве исходного материала фоторезисторов чаще всего используют сернистый таллий, селенистый теллур, сернистый висмут, сернистый свинец, теллуристый свинец, сернистый кадмий и т. д. (Условное обозначение фоторезистора приведено на рис. 6.22, г.)
/ |
Э |
|
|||
|
|||
|
|
||
|
|
||
|